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1、关于微生物的遗传与变异(3)第1页，讲稿共91张，创作于星期日第九章 微生物遗传课程标准 了解微生物的遗传物质及基因组存在方式，理解基因突变的特点，掌握微生物的基因重组方式。Back第2页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back3本章要点一 微生物遗传的物质基础二 微生物的基因突变三 微生物的基因重组四 微生物的遗传育种第3页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back4遗传遗传：亲代与子代相似变异变异：亲代与子代、子代间不同个体不完全相同遗传（inheritance）和变异（variation）是生命的最本质特性之一生物的全部遗传因子及基因具有一定遗传型的个体，在特定环境条件下通
2、过生长发育所表现出来的形态等生物学特征的总和。表型是由遗传型所决定，但也和环境有关。表型是由遗传型所决定，但也和环境有关。遗传型遗传型（genotype）：表型（表现型）表型（表现型）（phenotype）：第4页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back5饰变（modification）：指生物体由于非遗传因素引起的表型改变，变化发生在转录、转译水平，特点是几乎整个群体中的每一个个体都发生同样的变化，性状变化的幅度小，不遗传，引起饰变的因素消失后，表型即可恢复。第5页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back6表型饰变：表型饰变：表型的差异只与环境有关特点：暂时性、不可遗传性、表
3、现为全部个体的行为橘生淮南则为橘，生于淮北则为枳。遗传型变异（基因变异、基因突变）遗传型变异（基因变异、基因突变）：遗传物质改变，导致表型改变特点：遗传性、群体中极少数个体的行为 （自发突变频率通常为10-6-10-9）第6页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back7微生物是遗传学研究中的明星：t 微生物细胞结构简单，营养体一般为单倍体，方便建立纯系。微生物细胞结构简单，营养体一般为单倍体，方便建立纯系。t 很多常见微生物都易于人工培养，快速、大量生长繁殖很多常见微生物都易于人工培养，快速、大量生长繁殖。t 对环境因素的作用敏感，易于获得各类突变株，操作性强。对环境因素的作用敏感，易于
4、获得各类突变株，操作性强。第7页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back8第一节 遗传的物质基础一、DNA作为遗传物质二、RNA作为遗传物质三、朊病毒的发现与思考第8页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back91928年，Griffith进行了以下几组实验：（1）动物实验对小鼠注射活R菌或死S菌 小鼠存活对小鼠注射活S菌小鼠死亡对小鼠注射活R菌和热死S菌 小鼠死亡 抽取心血分离活的S菌v（一（一 ）转化实验转化实验（transformation）：vF.Griffith，v研究对象：Streptococcus pneumoniae（肺炎双球菌）vS型菌株：有致病性，菌落表面光滑
5、，有荚膜vR型菌株：无致病性，菌落表面粗糙，无荚膜一 DNA作为遗传物质第9页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back10（2）细菌培养实验热死S菌不生长活R 菌长出R菌热死S菌+活R 菌长出大量R菌和10-6S菌（3）S型菌的无细胞抽提液试验活R菌+S菌无细胞抽提液长出大量R菌和少量S菌以上实验说明：加热杀死的S型细菌细胞内可能存在一种型细菌细胞内可能存在一种转化物质，它能通过某种方式进入转化物质，它能通过某种方式进入R型细胞并使R R型细胞获型细胞获得稳定的遗传性状得稳定的遗传性状第10页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back11一、DNA作为遗传物质第一节 遗传的物质基
6、础第11页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back12v加S菌DNAv加S菌DNA及DNA酶以 外的酶v加S菌的DNA和DNA酶v加S菌的RNAv加S菌的蛋白质v加S菌的荚膜多糖活R菌长出S菌只有R菌1944年O.T.Avery、C.M.MacLeod和M.McCarty从热死S型S.pneumoniae中提纯了可能作为转化因子的各种成分，在离体条件下进行了转化试验：Avery等在四十年代以更精密的实验设计重复了以上实验分别用降解DNA、RNA、蛋白质的酶作用于有毒的S型菌细胞抽提物只有DNA被酶降解破坏的抽提物无转化活性DNA是转化所必需的转化因子第12页，讲稿共91张，创作于星期日
7、http:/Back13（二）（二）噬菌体感染实验噬菌体感染实验A.D.Hershey和M.Chase，1952年（1）含32P-DNA的一组：放射性85%在沉淀中（2）含35S-蛋白质的一组：放射性75%在上清液中所以，进入细胞的是噬菌体的核酸而不是蛋白质。第13页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back14第一节 遗传的物质基础T2噬菌体感染实验（1952年）第14页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back15TMVHR第一节 遗传的物质基础二、RNA作为遗传物质生化提取分别获得含RNA的烟草花叶病毒蛋白质外壳（病毒1）和核酸（病毒2）抗血清处理，证明杂种病毒的蛋白质外壳来
8、自病毒1，而非病毒2杂种病毒的后代的蛋白质外壳表现为病毒2，而非病毒1遗传物质是核酸（RNA）而非蛋白质病毒拆开重建实验第15页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back16第一节 遗传的物质基础三、朊病毒的发现与思考亚病毒的一种：具有传染性的蛋白质致病因子，迄今为止尚为 发现该蛋白内含有核酸。其致病作用是由于动物体内正常的蛋白质PrP c改变折叠状态为PrP sc所致，而这二种蛋白质的一级结构并没有改变。第16页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back17人的库鲁病(kuru)、克雅氏病(Creutzfeldt Jakob disease,CJD)等羊搔痒症(scrapie)牛
9、海绵状脑病(spongiform encephalopathy)第17页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back18引起人与动物的致死性中枢神经系统疾病第18页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back19Prusiner(1982)提出羊搔痒病因子是一种蛋白质侵染颗粒（proteinaceous infectious particle），并将之称做Prion或Virino。-朊病毒1997年，Stanley B.Prusiner荣获诺贝尔奖第19页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back20第一节 遗传的物质基础三、朊病毒的发现与思考1）蛋白质是否可以作为遗传物质？pr
10、ion是生命的一个特例？还是仅仅为表达调控的一种形式？2）蛋白质折叠与功能的关系，是否存在折叠密码？DNARNARNA肽链肽链蛋白质蛋白质第20页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back21第二节第二节 微生物的基因组结构微生物的基因组结构一、概念基因组（genome）：一个物种的单倍体的所有染色体及其所包含的遗传信息的总称原核生物（如细菌），多为单倍体（在一般情况下只有一条染色体）真核微生物，多条染色体，例如啤酒酵母有16条染色体。有时为双倍体第21页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back22第二节第二节 微生物的基因组结构微生物的基因组结构二、微生物与人类基因组计划人类基
11、因组计划（Human Genome Project）1985年提出；1990年正式开始实施；2001年2月，测序工作完成；后基因组时代（Postgenome Era）第22页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back23第二节 微生物的基因组结构二、微生物与人类基因组计划微生物基因组测序工作是在人类基因组计划的促进下开始的，最开始是作为模式生物，后来不断发展，已成为研究微生物学的最有力的手段。http:/www.tigr.org/tdb/mdb/mdb.html截止到2001年4月：43种微生物完成了全基因组测序；100多个正在进行之中；第23页，讲稿共91张，创作于星期日http:/B
12、ack24第二节 微生物的基因组结构二、微生物与人类基因组计划被选择进行全基因组测序的微生物：1、人类基因组计划中的模式生物a）从技术上从低等入手，建立技术、积累经验。通过对基因 组结构相对简单生物，特别是微生物基因组的测序，对大规模测序的策略及技术进行检验，积累经验；b）理论上利用基因组在进化上的连续性进行比较研究通过对不同进化程度的基因组的分析、比较揭示更多的基本生物学信息。通过研究较为简单的基因组而解答复杂的人类基因组问题，第24页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back25第二节 微生物的基因组结构二、微生物与人类基因组计划被选择进行全基因组测序的微生物：1、人类基因组计划中的
13、模式生物2、与人类生活关系密切的微生物重要的致病菌及一些工业生产菌3、对阐明生物学基本问题有价值的微生物例如一些古生菌：如Methanococcus jannaschii(詹氏甲烷球菌)等，它们是微生物世界多样性的代表，它们的序列比较有助于找出其进化关系。第25页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back26第二节 微生物的基因组结构三、微生物基因组结构的特点1、原核生物（细菌、古生菌）的基因组1）染色体为双链环状的DNA分子（单倍体）；链环状的染色体在细胞中以紧密缠绕成的较致密的不规则小体形式存在于细胞中，该小体称为拟核(nucliod)，其上结合有类组蛋白蛋白质和少量RNA分子，使其
14、压缩成一种手脚架形的致密结构。例外：布氏疏螺旋体(Borrelia burgdorferi)的染色体是线状的第26页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back27第二节第二节 微生物的基因组结构微生物的基因组结构三、微生物基因组结构的特点1、原核生物（细菌、古生菌）的基因组1）染色体为双链环状的DNA分子（单倍体）；2）基因组上遗传信息具有连续性；基因数基本接近由它的基因组大小所估计的基因数参见表8-1（通常以1000bp1500bp为一个基因进行计算）微生物基因组DNA绝大部分用来编码蛋白质、RNA；用作为复制起点、启动子、终止子和一些由调节蛋白识别和结合的位点等信号序列。一般不含内含
15、子，遗传信息是连续的而不是中断的。真核生物基因组的一个重要特点就是含有内含子个别细菌(鼠伤寒沙门氏菌和犬螺杆菌)和古生菌的rRNA和tRNA中也发现有内含子或间插序列第27页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back28第二节第二节 微生物的基因组结构微生物的基因组结构三、微生物基因组结构的特点1、原核生物（细菌、古生菌）的基因组1）染色体为双链环状的DNA分子（单倍体）；2）基因组上遗传信息具有连续性；3）功能相关的结构基因组成操纵子结构；4）结构基因的单拷贝及rRNA基因的多拷贝；5）基因组的重复序列少而短；古生菌的基因组在结构上类似于细菌。但是信息传递系统(复制、转录和翻译)则与细
16、菌不同而类似于真核生物。操纵子（operon）：功能相关的几个基因前后相连，再加上一个共同的调节基因和一组共同的控制位点（启动子、操作子等）在基因转录时协同动作。操纵子（operon）：功能相关的几个基因前后相连，再加上一个共同的调节基因和一组共同的控制位点（启动子、操作子等）在基因转录时协同动作。第28页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back29第二节第二节 微生物的基因组结构微生物的基因组结构三、微生物基因组结构的特点2、真核微生物（啤酒酵母）的基因组1）典型的真核染色体结构；2）没有明显的操纵子结构；啤酒酵母基因组大小为13.5106bp，分布在16条染色体中。3）有间隔区（即
17、非编码区）和内含子序列；4）重复序列多；第29页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back30第三节第三节 质粒和转座因子质粒和转座因子质粒（plasmid）：一种独立于染色体外，能进行自主复制的细胞质遗传因子，主要存在于各种微生物细胞中。转座因子（transposable element）：位于染色体或质粒上的一段能改变自身位置的DNA序列，广泛分布于原核和真核细胞中。质粒和转座因子是细胞中除染色体以外的另外二类遗传因子第30页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back31第三节 质粒和转座因子一、质粒的分子结构1、结构通常以共价闭合环状(covalently closed ci
18、rcle，简称CCC)的超螺旋双链DNA分子存在于细胞中；也发现有线型双链DNA质粒和RNA质粒；质粒分子的大小范围从1kb左右到1000kb；（细菌质粒多在10kb以内）第31页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back32第三节 质粒和转座因子一、质粒的分子结构2、质粒的检测t 提取所有胞内DNA后电镜观察；t 超速离心或琼脂糖凝胶电泳后观察；t 对于实验室常用菌，可用质粒所带的某些特点，如抗药性初步判断。对于由于三种构型同时存在时造成的多带现象（提取质粒时造成对于由于三种构型同时存在时造成的多带现象（提取质粒时造成或自然存在），可以进行特异性单酶切，使其成为一条带。或自然存在），可
19、以进行特异性单酶切，使其成为一条带。特定的质粒提取方法和后处理使染色体和RNA均被除掉。第32页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back33第三节 质粒和转座因子二、质粒的主要类型在某些特殊条件下，质粒有时能赋予宿主细胞以特殊的机能，从而使宿主得到生长优势。质粒所含的基因对宿主细胞一般是非必需的；第33页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back34第三节 质粒和转座因子二、质粒的主要类型质粒所编码的功能和赋予宿主的表型效应致育因子（Fertility factor，F因子）抗性因子（Resistance factor，R因子）产细菌素的质粒（Bacteriocin produc
20、tion plasmid）毒性质粒（virulence plasmid）代谢质粒（Metabolic plasmid）隐秘质粒（cryptic plasmid）第34页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back35第三节 质粒和转座因子二、质粒的主要类型1、致育因子(Fertility factor，F因子)又称F质粒，其大小约100kb，这是最早发现的一种与大肠杆菌的有性生殖现象（接合作用）有关的质粒。携带F质粒的菌株称为F+菌株（相当于雄性），无F质粒的菌株称为F-菌株（相当于雌性）。F因子能以游离状态(F+)和以与染色体相结合的状态(Hfr)存在于细胞中，所以又称之为附加体(epi
21、some)。有关内容在讲细菌的接合作用（conjugation）时具体介绍第35页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back36第三节 质粒和转座因子二、质粒的主要类型2、抗性因子（Resistance factor，R因子）包括抗药性和抗重金属二大类，简称R质粒。R100质粒(89kb)可使宿主对下列药物及重金属具有抗性：汞（mercuric ion，mer）四环素（tetracycline，tet）链霉素(Streptomycin,Str)、磺胺(Sulfonamide,Su)、氯霉素(Chlorampenicol,Cm)夫西地酸（fusidic acid，fus）并且负责这些抗性的
22、基因是成簇地存在于抗性质粒上。抗性质粒在细菌间的传递是细菌产生抗药性的重要原因之一。第36页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back37第三节 质粒和转座因子二、质粒的主要类型3、产细菌素的质粒（Bacteriocin production plasmid）细菌素结构基因、涉及细菌素运输及发挥作用（processing）的蛋白质的基因、赋予宿主对该细菌素具有“免疫力”的相关产物的基因一般都位于质粒或转座子上，因此，细菌素可以杀死同种但不携带该质粒的菌株。第37页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back38第三节 质粒和转座因子二、质粒的主要类型3、产细菌素的质粒（Bacteri
23、ocin production plasmid）细菌素一般根据产生菌的种类进行命名：大肠杆菌（E.coli）产生的细菌素为colicins（大肠杆菌素），而质粒被称为Col质粒。由G+细菌产生的细菌素或与细菌素类似的因子与colicins有所不同，但通常也是由质粒基因编码，有些甚至有商业价值，例如一种乳酸细菌产生的细菌素NisinA能强烈抑制某些G+细菌的生长，而被用于食品工业的保藏。第38页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back39第三节 质粒和转座因子二、质粒的主要类型4、毒性质粒（virulence plasmid）许多致病菌的致病性是由其所携带的质粒引起的，这些质粒具有编码毒
24、素的基因，其产物对宿主（动物、植物）造成伤害。产毒素大肠杆菌是引起人类和动物腹泻的主要病原菌之一，其中许多菌株含有为一种或多种肠毒素编码的质粒。苏云金杆菌含有编码内毒素(伴孢晶体中)的质粒根癌土壤杆菌所含Ti质粒是引起双子叶植物冠瘿瘤的致病因子第39页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back40第三节 质粒和转座因子二、质粒的主要类型5、代谢质粒（Metabolic plasmid）质粒上携带有有利于微生物生存的基因，如能降解某些基质的酶，进行共生固氮，或产生抗生素（某些放线菌）等。将复杂的有机化合物降解成能被其作为碳源和能源利用的简单形式，环境保护方面具有重要的意义。假单胞菌：具有降
25、解一些有毒化合物，如芳香簇化合物(苯)、农药(2,4dichlorophenoxyacetic acid)、辛烷和樟脑等的能力。降解质粒：第40页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back41第三节 质粒和转座因子二、质粒的主要类型6、隐秘质粒（cryptic plasmid）隐秘质粒不显示任何表型效应，它们的存在只有通过物理的方法，例如用凝胶电泳检测细胞抽提液等方法才能发现。它们存在的生物学意义，目前几乎不了解。在应用上，很多隐秘质粒被加以改造作为基因工程的载体在应用上，很多隐秘质粒被加以改造作为基因工程的载体（一般加上抗性基因）（一般加上抗性基因）第41页，讲稿共91张，创作于星期日
26、http:/Back42第三节 质粒和转座因子二、质粒的主要类型高拷贝数(high copy number)质粒（每个宿主细胞中可以有10-100个拷贝）松弛型质粒(relaxed plasmid)低拷贝数(low copy number)质粒（每个宿主细胞中可以有1-4个拷贝）严谨型质粒(stringent plasmid)窄宿主范围质粒(narrow host range plasmid)（只能在一种特定的宿主细胞中复制）广宿主范围质粒(broad host range plasmid)（可以在许多种细菌中复制）第42页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back43第三节 质粒和转座
27、因子三、质粒的不亲和性质粒之间的不亲和性、以及质粒拷贝数的多少、能适应的宿主范围的宽窄等特性均与质粒的复制控制类型有关。第43页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back44第三节 质粒和转座因子四、转座因子的类型和分子结构五、转座的遗传学效应第44页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back45第四节 基因突变及修复一个基因内部遗传结构或DNA序列的任何改变基因突变：第45页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back46第四节第四节 基因突变及修复基因突变及修复一个基因内部遗传结构或DNA序列的任何改变基因突变：基因突变是重要的生物学现象，它是一切生物变化的根源，连同基因转
28、移、重组基因转移、重组一起提供了推动生物进化的遗传多变性。基因突变DNA损伤修复机制突变突变自发突变诱变环境因素的影响，DNA复制过程的偶然错误等而导致，一般频率较低，通常为10-6-10-9。某些物理、化学因素对生物体的DNA进行直接作用，突变以较高的频率产生。前者可以通过DNA复制而成为真正的突变，也可以重新变为原来的结构，这取决于修复作用和其它多种因素。第46页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back471、特点1）非对应性2）稀有性3）规律性4）独立性5）遗传和回复性6）可诱变性第四节 基因突变及修复一、基因突变的特点第47页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back48
29、证明突变的性状与引起突变的原因间无直接对应关系！如何证明基因突变的非对应性？三个经典实验变量实验、涂布实验、影印实验一、基因突变的特点2、实验证据第48页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back49变量实验（fluctuation analysis）Salvador Luria and Max Delbruck（1943）Salvador LuriaMax DelbruckThe Nobel Prize in Physiology or Medicine 1969第49页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back50Newcombe的涂布实验（1949）第50页，讲稿共91张，创
30、作于星期日http:/Back51影印实验（replica plating）Joshua Lederberg and Esther Lederberg（1952）Joshua LederbergJ.Lederberg is awarded the Noble Prize in Medicine and Physiology in 1958第51页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back52突变真的与选择压力无关吗？适应性突变（adaptive mutability）和高频突变（hypermutation）Benson S.Adaptive mutation:a general phen
31、omenon or special case?Bioessays.1997 Jan;19(1):9-11.Review.Galitski T,Roth JR.A search for a general phenomenon of adaptive mutability.Genetics.1996 Jun;143(2):645-59.Dan I.Andersson,E.Susan Slechta,and John R.Roth Evidence That Gene Amplification Underlies Adaptive Mutability of the Bacterial lac
32、Operon。Science 1998 November 6;282:1133-1135.Godoy VG,Fox MS.Transposon stability and a role for conjugational transfer in adaptive mutability.Proc Natl Acad Sci U S A.2000 Jun 20;97(13):7393-8.Bull HJ,McKenzie GJ,Hastings PJ,Rosenberg SM.Evidence that stationary-phase hypermutation in the Escherich
33、ia coli chromosome is promoted by recombination.Genetics.2000 Apr;154(4):1427-37.第52页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back53点突变：碱基置换点突变：碱基置换 转换：嘧啶转换：嘧啶 嘧啶；嘌呤嘧啶；嘌呤 嘌呤嘌呤 T C A G 颠换：嘧啶颠换：嘧啶 嘌呤；嘌呤嘌呤；嘌呤 嘧啶嘧啶 A T A C G T G C第四节第四节 基因突变及修复基因突变及修复二、常见的微生物突变类型 移码突变移码突变 缺失：缺失：ABC AB ABC ABC 插入：插入：ABC ABC ADB C 畸变：畸变：缺失：缺失
34、：abchijk 添加：添加：重复：重复：abc abc def ghi 插入：插入：abc pqr def ghi 易位：易位：abc pqrst defghi 倒位：倒位：abc fed ghi 第53页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back54第四节第四节 基因突变及修复基因突变及修复二、常见的微生物突变类型表型基因型这里主要介绍几种常用的由于基因突变而造成微生物表型变化的突变型及其分离第54页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back55第四节第四节 基因突变及修复基因突变及修复二、常见的微生物突变类型1）营养缺陷型（auxotroph）一种缺乏合成其生存所必须的营养物
35、（包括氨基酸、维生素、碱基等）的突变型，只有从周围环境或培养基中获得这些营养或其前体物（precursor）才能生长。营养缺陷型是微生物遗传学研究中重要的选择标记和育种的重要手段表型判断的标准：在基本培养基上能否生长第55页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back56第四节 基因突变及修复二、常见的微生物突变类型1）营养缺陷型（auxotroph）特点：在选择培养基（一般为基本培养基）上不生长负选择标记负选择标记突变株不能通过选择平板直接获得第56页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back571）营养缺陷型（auxotroph）影印平板（Replica plating）法是Le
36、derberg夫妇在1952年建立第57页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back58第四节 基因突变及修复二、常见的微生物突变类型营养缺陷型的表示方法：1）营养缺陷型（auxotroph）基因型：所需营养物的前三个英文小写斜体字母小写斜体字母表示：hisC（组氨酸缺陷型，其中的大写字母C同一表型中不同基因的突变）表型：同上，但第一个字母大写，且不用斜体：第一个字母大写，且不用斜体：HisC在具体使用时多用hisC-和hisC+，分别表示缺陷型和野生型。第58页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back59第四节 基因突变及修复二、常见的微生物突变类型2）抗药性突变型（resis
37、tant mutant）基因突变使菌株对某种或某几种药物，特别是抗生素，产生抗性。特点：正选择标记（突变株可直接从抗性平板上获得-在加有相应抗生素的平板上，只有抗性突变能生长。所以很容易分离得到。）表示方法：所抗药物的前三个小写斜体英文字母加上“r”表示strr 和 strs 分别表示对链霉素的抗性和敏感性第59页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back60第四节 基因突变及修复二、常见的微生物突变类型3）条件致死突变型（conditional lethal mutant）在某一条件下具有致死效应，而在另一条件下没有致死效应的突变型。常用的条件致死突变是温度敏感突变，用ts（tempe
38、raturesensitive）表示，这类突变在高温下（如42）是致死的，但可以在低温（如25-30）下得到这种突变。特点：负选择标记负选择标记这类突变型常被用来分离生长繁殖必需的突变基因第60页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back61第四节 基因突变及修复二、常见的微生物突变类型4）形态突变型（morphological mutant）造成形态改变的突变型特点：非选择性突变突变株和野生型菌株均可生长，但可从形态特征上进行区分。举例：产蛋白酶缺陷突变株的筛选菌落颜色变化半乳糖苷酶基因的插入失活，使重组子菌落为白色而与兰色的非重组子分开。形成芽孢缺陷菌株细胞水平上的形态突变，突变株的
39、检出更加困难。第61页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back62第四节 基因突变及修复二、常见的微生物突变类型5）其它突变类型毒力、生产某种代谢产物的发酵能力的变化等在实际应用中具有重要意义，突变类型一般都不具有很明显或可直接检测到的表型。其突变株的获得往往需要较大的工作量。第62页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back63第四节 基因突变及修复三、诱变剂与致癌物质Ames试验a）利用各种诱变剂获得各类遗传突变，进行诱变育种；c）危害人类自身的健康b）对有害微生物进行控制；很多种化学物质，能以各种机制导致DNA的突变第63页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back6
40、4“生物化学统一性生物化学统一性”法则：人和细菌在DNA的结构及特性方面是一致的，能使微生物发生突变的诱变剂必然也会作用于人的DNA，使其发生突变，最后造成癌变或其他不良的后果。第64页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back65诱变剂的共性原则：化学药剂对细菌的诱变率与其对动物的致癌性成正比 超过95%的致癌物质对微生物有诱变作用90%以上的非致癌物质对微生物没有诱变作用第65页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back66回复突变(reverse mutation或back mutation)：突变体失去的野生型性状，可以通过第二次突变得到恢复，这种第二次突变称为回复突变美国
41、加利福尼亚大学的Bruce Ames教授于1966年发明，因此称为Ames试验具体操作：检测鼠伤寒沙门氏菌(Salmonella typhmurium)组氨酸营养缺陷型菌株(his-)的回复突变率第66页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back67Ames试验第67页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back68证明Ames试验重要性的应用实例：国外曾开发了一种降低妇女妊娠反应的药物“反应停”，由于其药效显著，在60-70年代十分流行，但随后人们就发现畸形儿的出生率明显增高，而且生产畸形儿的妇女大多曾服用“反应停”，后来采用Ames试验发现这种物质的确具有很强的致突变作用，因此这
42、种药物被禁止使用但如果能在这种药物上市之前就进行Ames试验检测，那么这种大量出生畸形儿的悲剧完全可以避免，第68页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back69第四节 基因突变及修复三、诱变剂与致癌物质Ames试验由于生物体内、体外可能存在的差异，可在体外加入哺乳动物（如大鼠）微粒体酶系统，使待测物活化，使Ames试验的准确率达80-90%。第69页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back70第五节第五节 微生物的基因重组微生物的基因重组 基因重组基因重组将两个不同性状个体细胞内的基因转移到一起，经过遗传分子间的将两个不同性状个体细胞内的基因转移到一起，经过遗传分子间的重新组合
43、，形成新遗传个体的方式。也称遗传重组。重新组合，形成新遗传个体的方式。也称遗传重组。原核微生物遗传重组方式原核微生物遗传重组方式转化作用转化作用转导作用转导作用接合作用接合作用原生质体融合原生质体融合真核微生物遗传重组方式真核微生物遗传重组方式有性生殖有性生殖准性生殖准性生殖原生质体融合原生质体融合基因重组在细胞水基因重组在细胞水平上的反应平上的反应第70页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back711.原核微生物遗传重组方式原核微生物遗传重组方式强调：缺乏有性系统，基因重组时，两个亲本细胞并不提供等量的遗传信息给其强调：缺乏有性系统，基因重组时，两个亲本细胞并不提供等量的遗传信息给其
44、子代，只是交换小部分遗传信息。子代，只是交换小部分遗传信息。供体供体提供提供DNA的细菌细胞。受体的细菌细胞。受体获得获得DNA的细菌细胞。的细菌细胞。（1）转化）转化 受体细胞直接吸收来自供体细胞的受体细胞直接吸收来自供体细胞的DNA片段或质粒片段或质粒DNA片段，并把它组合到自己片段，并把它组合到自己的基因组中，从而获得供体细胞部分遗传性状的现象。的基因组中，从而获得供体细胞部分遗传性状的现象。转化子转化子含有供体含有供体DNA受体菌。受体菌。三个阶段：三个阶段：感受态阶段：感受态阶段：受体菌成为易接受受体菌成为易接受DNA片段的生理状态。片段的生理状态。DNA的结合和吸收的结合和吸收 双
45、链双链DNA片段与感受态细菌细胞表面的特定位点结合片段与感受态细菌细胞表面的特定位点结合 DNA分子的一条链被降解，另一条链进入受体细胞。分子的一条链被降解，另一条链进入受体细胞。DNA的整合的整合 同源区段配对同源区段配对 受体受体DNA的相应单链片段被切割、降解的相应单链片段被切割、降解 供体供体DNA整合，形成杂合整合，形成杂合DNA片段，复制、分离。片段，复制、分离。第71页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back72 转化过程示意图转化过程示意图第72页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back73（2）转导作用）转导作用 供体细胞的供体细胞的DNA通过噬菌体作为中间载
46、体转移至受体细胞中，通过交换、整合，通过噬菌体作为中间载体转移至受体细胞中，通过交换、整合，从而获得供体细胞部分遗传性状的现象。从而获得供体细胞部分遗传性状的现象。是利用温和性噬菌体和溶源细胞的特性来进行的。是利用温和性噬菌体和溶源细胞的特性来进行的。类型：类型：普遍转导普遍转导通过完全缺陷噬菌体噬菌体把供体菌的任何通过完全缺陷噬菌体噬菌体把供体菌的任何DNA小片段携带小片段携带到受体菌中，而实现其遗传性状传递的转导现象。到受体菌中，而实现其遗传性状传递的转导现象。完全缺陷噬菌体的获得：完全缺陷噬菌体的获得：噬菌体侵染供体菌，在其体内复制增殖时，并不降解宿主噬菌体侵染供体菌，在其体内复制增殖时
47、，并不降解宿主DNA，而使宿主的染色体，而使宿主的染色体DNA断裂。噬菌断裂。噬菌体装配成熟时，极少数噬菌体衣壳包装一小段供体菌体装配成熟时，极少数噬菌体衣壳包装一小段供体菌DNA片段，即片段，即“误包误包”，形成了一个完全不含，形成了一个完全不含噬菌体自身噬菌体自身DNA的假噬菌体，即为完全缺陷噬菌体噬菌体。的假噬菌体，即为完全缺陷噬菌体噬菌体。特异转导特异转导通过部分缺陷的通过部分缺陷的 温和性噬菌体把供体菌的少数特定基因携温和性噬菌体把供体菌的少数特定基因携带到受体菌中，并获得表达的转导现象。带到受体菌中，并获得表达的转导现象。第73页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back74
48、转转 导导 示示 意意 图图第74页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back75三三.接合转移接合转移四四.两种细菌细胞通过性菌毛直接接触将两种细菌细胞通过性菌毛直接接触将DNA从一种细菌转从一种细菌转移到另一种细菌的现象。移到另一种细菌的现象。五五.强调：强调：供体菌和受体菌都是完整的细胞供体菌和受体菌都是完整的细胞六六.直接对接直接对接七七.研究最清楚的是研究最清楚的是E.coli，决定其性别的是一种质粒决定其性别的是一种质粒F因子。因子。八八.根据根据F因子在细胞中的有无及存在方式的不同，分为四种接合类型：因子在细胞中的有无及存在方式的不同，分为四种接合类型：九九.F+菌株菌株：
49、细胞中存在细胞中存在游离状态的游离状态的F因子因子，有相应的性菌毛。，有相应的性菌毛。十十.F-菌株菌株：细胞中细胞中无无F因子因子，无性菌毛。，无性菌毛。十一十一.Hfr菌株菌株：F因子以因子以整合状态整合状态存在于核染色体存在于核染色体DNA的特定位点上的特定位点上十二十二.Hfr菌株与菌株与F-菌株接合后，发生的重组频率要比菌株接合后，发生的重组频率要比F+菌株菌株 与与F-菌株菌株 十三十三.的重组频率高出数百倍，的重组频率高出数百倍，故又名故又名高频重组菌株。高频重组菌株。十四十四.F 菌株菌株：当当Hfr菌株内的菌株内的F因子不正常切离而脱离染色体时，形成了游离的但因子不正常切离而
50、脱离染色体时，形成了游离的但十五十五.携带了一小段染色体基因携带了一小段染色体基因的的F因子。因子。第75页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back76第76页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back77与与F+菌株接合菌株接合 分离或消除分离或消除与核染色体与核染色体DNA整合整合正常切离正常切离不正常切离不正常切离分离或消除分离或消除与与F接合接合 F-菌株菌株F+菌株菌株Hfr菌株菌株F菌株菌株 F F因子的存在方式与相互关系因子的存在方式与相互关系第77页，讲稿共91张，创作于星期日http:/Back782.真核微生物遗传重组方式真核微生物遗传重组方式 有性生殖有性生